УСТРОЙСТВО РЕЗЕРВНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ Российский патент 2012 года по МПК H02J9/06 

Предлагаемое устройство относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах электропитания средств связи.

Известны устройства для включения резервного источника питания по а.с. 826501, Н02J 9/06 и а.с. 1065961, Н02J 9/06, обеспечивающие переключение питания нагрузки с основного на резервный источник питания и обратно. В этих устройствах в качестве исполнительного элемента применяется реле.

Недостатком известных устройств является их невысокая надежность из-за наличия электромеханических контактов реле, т.к. момент коммутации сопровождается импульсными помехами и возможностью их подгорания.

Известны также устройства для резервного электроснабжения по а.с. 1056363, Н02J 9/06 и а.с. 775822, Н02J 9/06, обеспечивающие переключение нагрузки с основного источника питания на резервный источник и обратно.

Недостатком этих устройств является относительная сложность схемного решения, а также потребление питания от резервного источника при его подключении к нагрузке.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство резервного электропитания по а.с. 150124, Н02J 9/06, принятое за прототип.

Схема устройства-прототипа представлена на фиг.1, где обозначено:

1 - основной источник питания;

2 - нагрузка;

3 - диод;

4 - резервный источник питания;

5 - транзистор p-n-p типа;

6 - датчик напряжения;

7 - резистор датчика напряжения;

8 - стабилитрон датчика напряжения;

9 - резистор;

11 - транзистор n-p-n типа;

13, 14 - диоды;

15 - контакты реле;

16 - реле.

Устройство-прототип содержит основной источник питания 1, положительный полюс которого через диод 3 подключен к нагрузке 2, резервный источник питания 4, подключенный положительным полюсом через коллекторно-эмиттерный переход транзистора 11 к нагрузке 2, база которого подключена к выводу датчика напряжения 6, выполненного в виде параметрического стабилизатора на резисторе 7 и стабилитроне 8. Вход датчика напряжения 6 подключен к коллектору транзистора 11. Транзисторный ключ выполнен на транзисторе 5, эмиттер которого подключен к катоду диода 3, а коллектором - к обмотке реле 16, зашунтированной диодом 14. База транзистора 5 подключена к точке соединения катода диода 13 и резистора 9. Анод диода 13 соединен с анодом диода 3. Замыкающий контакт 15 реле 16 подключен параллельно переходу коллектор-эмиттер транзистора 11. При этом отрицательные полюса обоих источников питания, другой вывод нагрузки 2, анод стабилитрона 8 и соответствующий вывод обмотки реле 16 соединены с общим проводом.

Устройство-прототип работает следующим образом.

В исходном состоянии напряжение на базе транзистора 11 стабилизировано на уровне минимально допустимого на нагрузке 2 с помощью датчика напряжения 6. При этом устройство потребляет ток по цепи: резервный источник питания 4, резистор 7, стабилитрон 8. При любом допустимом значении напряжения на нагрузке 2 транзистор 11 закрыт, т.к. его переход эмиттер-база смещен в обратном направлении, и электропитание нагрузки 2 осуществляется от основного источника питания 1 через диод 3.

Кроме того, устройство также потребляет ток по цепи: основной источник питания 1, диод 13, резистор 9. Прямое падение напряжения на диодах 3 и 13 обеспечивает надежное запирание транзистора 5, при этом обмотка реле 16 обесточена, а его замыкающий контакт 15 разомкнут.

При снижении выходного напряжения основного источника питания 1, с учетом прямого падения напряжения на диоде 3 ниже минимально допустимого уровня на нагрузке 2, переход эмиттер-база транзистора 5 получает прямое смещение, и транзистор 5 открывается, стабилизируя напряжение на нагрузке 2. При этом электропитание осуществляется уже от резервного источника питания 4, т.к. напряжение на катоде диода 3 становится больше напряжения на его аноде, и диод 3 закрывается. Закрытый диод 3 обеспечивает прямое смещение перехода эмиттер-база транзистора 5, а резистор 9 - режим его насыщения. Реле 16 срабатывает, и его замыкающий контакт 15 шунтирует транзистор 11 и повышает напряжение на нагрузке 2 до величины выходного напряжения резервного источника питания 4. При повышении выходного напряжения на основном источнике питания 1 до уровня выходного напряжения резервного источника 4 и выше диод 3 открывается, транзисторный ключ закрывается, обмотка реле 16 обесточивается, контакт 15 размыкается, транзистор 11 закрывается, и электропитание осуществляется опять от основного источника 1 через диод 3.

Недостатками устройства-прототипа являются сложность схемного решения и невысокая надежность из-за наличия электромеханических контактов реле, обеспечивающих переключение нагрузки с основного источника на резервный и обратно, т.к. из-за слабого контактного давления и вследствие высокого переходного сопротивления контакты выгорают и деформируются. Кроме того, устройство имеет повышенное потребление от резервного источника при его подключении к нагрузке, т.к. все элементы управления реле и само реле питаются от резервного источника.

Задача предлагаемого устройства - уменьшение потребления в режиме резервного питания, повышение надежности, а также упрощение схемного решения.

Для решения поставленной задачи в устройство резервного электропитания, содержащее основной и резервный источники питания, отрицательными выводами подключенные к одному выводу нагрузки, а к ее другому выводу - положительными соответственно через диод и эмиттерно-коллекторный переход транзистора p-n-p типа, база которого через первый резистор подключена к коллектору транзистора n-p-n типа, эмиттер которого подключен к общему отрицательному выводу, а также датчик напряжения, состоящий из последовательно соединенных резистора и стабилитрона, согласно изобретению введены второй резистор и оптрон, светоизлучатель которого включен последовательно в цепь датчика напряжения, которая подсоединена параллельно основному источнику, а фотоприемник оптрона шунтирует эмиттерно-базовый переход транзистора n-p-n типа, база которого через второй резистор подключена к эмиттеру транзистора p-n-p типа.

Схема предлагаемого устройства резервного электропитания приведена на фиг.2, где обозначено:

1 - основной источник питания;

2 - нагрузка;

3 - диод;

4 - резервный источник питания;

5 - транзистор p-n-p типа;

6 - датчик напряжения;

7 - резистор датчика напряжения;

8 - стабилитрон датчика напряжения;

9, 10 - первый и второй резисторы;

11 - транзистор n-p-n типа;

12 - оптрон;

12.1 - излучатель оптрона;

12.2 - транзистор оптрона.

Предлагаемое устройство резервного электропитания содержит основной 1 и резервный 4 источники питания, подключенные к нагрузке отрицательными выводами, а положительными выводами соответственно через диод 3 и эмиттерно-коллекторный переход транзистора p-n-p типа 5, база которого через первый резистор 9 подключена к коллектору транзистора n-p-n типа 11, эмиттером подключенному к общему отрицательному выводу, а базой - через второй резистор 10 к эмиттеру транзистора p-n-p типа 5. Кроме того, последовательно соединенные датчик напряжения 6 и светоизлучатель 12.1 оптрона 12 подключены параллельно основному источнику питания 1, причем датчик напряжения 6 состоит из последовательно соединенных резистора 7 и стабилитрона 8, а фотоприемник 12.2 оптрона 12 шунтирует эмиттерно-базовый переход транзистора n-p-n типа 11.

Предлагаемое устройство резервного электропитания работает следующим образом.

При наличии напряжения основного 1 источника питание нагрузки 2 осуществляется от него через диод 3, при этом пробивается стабилитрон 8, датчик напряжения 6, светоизлучатель оптрона 12 получает питание, срабатывает его фотоприемник и шунтирует эмиттерно-базовый переход транзистора 11, который закрывается и закрывает транзистор 5, резервный 4 источник питания отключается от нагрузки 2.

При пропадании или снижении напряжения основного 1 источника питания ниже заданного предела через стабилитрон 8 ток не будет проходить и светоизлучатель 12.1 оптрона 12 выключится, ток через второй резистор 10, ранее отбираемый фотоприемником 12.2 оптрона 12, теперь течет в базу транзистора 11, который включается и своим коллекторным током через первый резистор 9 поддерживает открытым и насыщенным транзистор 5. В результате резервный 4 источник питания оказывается подключенным к нагрузке 2.

При восстановлении номинала напряжения основного источника 1 нагрузка 2 опять подключается к нему через диод 3, т.к. вновь включится стабилитрон 8 датчика напряжения 6, светоизлучатель 12.1 оптрона 12 получает питание, срабатывает его фотоприемник 12.2 и транзистор 11 выключается, при этом транзистор 5 закрывается, отключая резервный 4 источник от нагрузки 2.

Преимуществом предлагаемого устройства является простота схемного решения, повышение надежности и малое потребление от резервного источника питания.

Предлагаемое устройство относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах электропитания средств связи. Технический результат - уменьшение потребления в режиме резервного питания, повышение надежности устройства, а также упрощение схемного решения. Для достижения указанного результата в устройство резервного электропитания введены второй резистор (10) и оптрон (12), светоизлучатель (12.1) которого включен последовательно в цепь датчика напряжения (6), которая подсоединена параллельно основному источнику (1), а фотоприемник оптрона (12.2) шунтирует эмиттерно-базовый переход транзистора n-p-n типа (11), база которого через второй резистор (10) подключена к эмиттеру транзистора p-n-р типа (5). 2 ил.

Устройство резервного электропитания, содержащее основной и резервный источники питания, отрицательными выводами подключенные к одному выводу нагрузки, а к ее другому выводу - положительными соответственно через диод и эмиттерно-коллекторный переход транзистора p-n-р типа, база которого через первый резистор подключена к коллектору транзистора n-p-n типа, эмиттер которого подключен к общему отрицательному выводу, а также датчик напряжения, состоящий из последовательно соединенных резистора и стабилитрона, отличающееся тем, что в него введены второй резистор и оптрон, светоизлучатель которого включен последовательно в цепь датчика напряжения, которая подсоединена параллельно основному источнику, а фотоприемник оптрона шунтирует эмиттерно-базовый переход транзистора n-p-n типа, база которого через второй резистор подключена к эмиттеру транзистора р-n-р типа.